Question

1．隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們研制了多種甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池，以滿(mǎn)足不同的需求．
（1）如圖是某筆記本電腦用甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖．甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O．則d電極是正極（填“正極”或“負(fù)極”），
該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，電池每提供1mole^-，消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積是5.6L．
（2）將上述甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池連接惰性電極電解足量的硫酸銅溶液，電解的總反應(yīng)方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，通電一段時(shí)間后，某電極質(zhì)量增加1.92g，則燃料電池中消耗的甲醇質(zhì)量為0.32g，若要將硫酸銅溶液恢復(fù)到電解前的濃度，可加入的物質(zhì)是CuO或CuCO₃．

Answer 1

分析 （1）原電池放電時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線(xiàn)流向正極，根據(jù)電子流向知，c是負(fù)極、d是正極；根據(jù)圖知，電解質(zhì)溶液呈酸性，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；根據(jù)氧氣和轉(zhuǎn)移電子之間關(guān)系式計(jì)算氧氣體積；
（2）用惰性電極電解硫酸銅溶液時(shí)，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu；
陰極上析出Cu，所以電解過(guò)程中陰極質(zhì)量增加，體積轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算消耗甲醇質(zhì)量；
根據(jù)“析出什么加入什么”原則確定需要加入物質(zhì)成分．

解答 解：（1）原電池放電時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線(xiàn)流向正極，根據(jù)電子流向知，c是負(fù)極、d是正極；根據(jù)圖知，電解質(zhì)溶液呈酸性，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；根據(jù)氧氣和轉(zhuǎn)移電子之間關(guān)系式得氧氣體積=$\frac{1mol}{4}×22.4L/mol$=5.6L；
故答案為：正極；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；5.6L；
（2）用惰性電極電解硫酸銅溶液時(shí)，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu，所以電池反應(yīng)式為2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
電一段時(shí)間后，某電極質(zhì)量增加1.92g，該電極是陰極，析出的是Cu單質(zhì)，n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算消耗甲醇質(zhì)量=$\frac{0.03mol×2}{6}$=0.32g；
要使電解后的溶液恢復(fù)原狀，采用“析出什么加入什么”原則確定加入物質(zhì)，電解硫酸銅溶液時(shí)，陽(yáng)極上析出氧氣、陰極上析出Cu，所以相當(dāng)于析出CuO，還可以加入碳酸銅，因?yàn)樘妓徙~和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化碳、水，所以還相當(dāng)于加入CuO，要使溶液恢復(fù)原狀可以加入CuO或CuCO₃，故答案為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.32 g；CuO或CuCO₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源新型電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)反應(yīng)有關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)及各個(gè)關(guān)系式之間關(guān)系是解本題關(guān)鍵，注意（2）題加入碳酸銅也能使溶液恢復(fù)原狀，但加入氫氧化銅不能使溶液恢復(fù)原狀，為易錯(cuò)點(diǎn)．